MATLAB程序设计及应用实例.ppt

5.1 MATLAB程序设计5.2 应用实例,第5章 MATLAB程序设计及应用,5.1 MATLAB程序设计,5.1.1 M文件5.1.2 脚本文件和函数文件5.1.5 数据的输入输出5.1.3 选择结构5.1.4 循环结构5.1.6 M文件调试,5.1.1 M文件,例 建立一个命令文件将变量a,b的值互换，然后运行该命令文件。首先建立命令文件并以文件名exch.m存盘：clear;a=1:10;b=11,12,13,14;15,16,17,18;c=a;a=b;b=c;a b 然后在MATLAB的命令窗口中输入exch，将会执行该命令文件。,1.建立新的M文件(1)菜单操作：MATLAB命令窗口的File菜单 New菜单项 M-file命令。(2)命令操作：在MATLAB命令窗口输入命令edit。(3)命令按钮操作：单击MATLAB命令窗口工具栏上的“新建”命令按钮。2.编辑已有的M文件3.M文件的分类 P116 4.1.2内容分类：脚本文件(Script File)和函数文件(Function File)。主要区别。,M文件的建立与编辑,M文件的基本结构,函数定义行H1行 对程序的总体介绍函数说明 对程序详细描述程序主体注释 解释程序功能的文字 说明：除程序主体外，其他部分以%开头。P116 实例,1 脚本文件 没有输入和输出由一系列指令组成可在命令窗口直接运行产生的所有变量存储在workspace中。例 exam5_1.m。,5.1.2 脚本文件和函数文件,(1)函数文件的基本结构函数文件由function语句引导其基本结构为：function 输出形参表=函数名(输入形参表)%注释说明部分 函数体语句,2 函数文件,函数文件的格式说明(1)关于函数文件名:函数文件名与函数名也可以不相同（一般设为相同！）。当两者不同时，MATLAB将忽略函数名而确认函数文件名，因此调用时使用函数文件名。(2)关于注释说明部分。注释说明包括三部分内容：紧随函数文件引导行之后以%开头的第一注释行。第一注释行及之后连续的注释行。与在线帮助文本相隔一空行的注释行。,(1)函数文件的基本结构,函数调用的一般格式：输出实参表=函数名(输入实参表)注意：等号左边是方括号，右边输入参数用括号,（2）函数文件的调用,例5.1 编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长 function s,p=fcircle(r)%FCIRCLE calculate the area and perimeter of a circle of radii r%r 圆半径%s 圆面积%p 圆周长 s=pi*r*r;p=2*pi*r;以上函数文件以文件名fcircle.m存入c:matlab7workmas下，然后在MATLAB命令窗口调用该函数：s,p=fcircle(10),函数的递归调用例：利用递归调用函数文件factor.m：function f=factor(n)if n=1 f=1;else f=factor(n-1)*n;end 在命令文件main5_1.m中调用函数文件factor.m求s=1!+2!+3!+4!+5!。,（2）函数文件的调用,函数所传递参数的可调性在调用函数时，MATLAB用两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。只要在函数文件中包含这两个变量，就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入输出参数个数，从而决定函数如何进行处理例：nargin用法示例,（2）函数文件的调用,函数文件examp.m：function fout=charray(a,b,c)if nargin=1 fout=a;elseif nargin=2 fout=a+b;elseif nargin=3 fout=(a*b*c)/2;end命令文件main5_2.m：x=1:3;y=1;2;3;examp(x)examp(x,y)examp(x,y,3),（2）函数文件的调用,全局变量用命令global定义。函数文件的内部变量是局部的，与其他函数文件及MATLAB工作空间相互隔离例 全局变量应用示例。先建立函数文件wadd.m，该函数将输入的参数加权相加。function f=wadd(x,y)global ALPHA BETA f=ALPHA*x+BETA*y;在命令窗口中输入：global ALPHA BETA ALPHA=1;BETA=2;s=wadd(1,2),（3）全局变量和局部变量,5.1.3 数据的输入输出指令,input函数disp函数pause函数,input函数,调用格式为：A=input(提示信息，选项)；其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。如果在input函数调用时采用s选项，则允许用户输入一个字符串。例如，想输入一个人的姓名，可采用命令：xm=input(What is your name?,s),disp函数,调用格式为 disp(输出项)其中输出项既可以为字符串，也可以为矩阵。注意：用disp函数显示矩阵时将不显示矩阵的名字，而且其格式更紧密，且不留任何没有意义的空行。,其调用格式为：pause(延迟秒数)如果省略延迟时间，直接使用pause，则将暂停程序，直到用户按任一键后程序继续执行。若要强行中止程序的运行可使用Ctrl+C命令。,pause函数,5.1.4 选择结构-if语句,if语句在MATLAB中，if语句有3种格式。switch语句try语句,语句格式为：if 条件 语句组 end 当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行if语句的后继语句，若条件不成立，则直接执行if语句的后继语句,1.单分支if语句,双分支if语句格式为：if 条件 语句组1 else 语句组2 end 当条件成立时，执行语句组1，否则执行语句组2，语句组1或语句组2执行后，再执行if语句的后继语句。,2.双分支if语句,例 计算分段函数值 程序如下：x=input(请输入x的值:);if x=10 y=cos(x+1)+sqrt(x*x+1);else y=x*sqrt(x+sqrt(x);end y,多分支if语句格式为：if 条件1 语句组1 elseif 条件2 语句组2 elseif 条件m 语句组m else 语句组m+1end,3.多分支if语句,例5.2 输入一个字符，若为大写字母，则输出其后继字符，若为小写字母，则输出其前导字符，若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。程序如下：c=input(请输入一个字符,s);if c=A end,3.多分支if语句,5.1.4 选择结构-switch语句,switch语句其语句格式为：switch 表达式 case 值1 语句组1 case 值2 语句组2 case 值m 语句组m otherwise 语句组m+1 end,例 某商场对顾客所购买的商品实行打折销售，已知打折标准，求所售商品的实际销售价格程序如下：price=input(请输入商品价格);switch fix(price/100)case 0,1 rate=0;case 2,3,4 rate=3/100;case num2cell(5:9)rate=5/100;case num2cell(10:24)rate=8/100;case num2cell(25:49)rate=10/100;otherwise rate=14/100;end price=price*(1-rate),5.1.4 选择结构-switch语句,5.1.4 选择结构-try语句,语句格式为：try 语句组1catch 语句组2end try语句先试探性执行语句组1，如果语句组1在执行过程中出现错误，则将错误信息赋给保留的lasterr变量，并转去执行语句组2。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。,5.1.4 选择结构-try语句,例 矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘程序如下：main5_3.mA=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;try C=A*B;catch C=A.*B;endClasterr%显示出错原因,5.1.5 循环结构,循环语句for语句while语句循环的嵌套,5.1.5 循环结构-for语句,1.for语句语句格式为：for 循环变量=表达式1:表达式2:表达式3 循环体语句 end,for语句更一般的格式：for 循环变量=矩阵表达式 循环体语句 end 执行过程是依次将矩阵的各列元素赋给循环变量，然后执行循环体语句，直至各列元素处理完毕。实际上，“表达式1:表达式2:表达式3”是一个仅为一行的矩阵(行向量)，因而列向量是单个数据。,5.1.5 循环结构-for语句,例 已知5个学生4门功课的成绩，求每名学生的总成绩程序如下：s=0;a=65,76,56,78;98,83,74,85;76,67,78,79;98,58,42,73;67,89,76,87;for k=a s=s+k;enddisp(s);,5.1.5 循环结构-for语句,5.1.5 循环结构-while语句,while语句的一般格式为：while(条件)循环体语句 end 其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环,其他常用指令,ContinueBreak,continue命令,通常用于for或while循环语句中,与if语句一起使用,达到跳过本次循环,去执行下一轮循环的目的分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1;if i2 continue%当if条件满足时不再执行后面语句，跳 出本次循环。end a=a+2%当i2时不执行该语句end,运行结果:a=7b=9,i2,a=7b=9,break命令,通常用于for或while循环语句中,与if语句一起使用,中止本次循环,跳出最内层循环分析下列程序，说明运行结果及原因a=3;b=6;for i=1:3 b=b+1;if i2 break%当if条件满足时不再执行循环 end a=a+2end,运行结果:a=7b=9,i2,a=3b=6,程序流控制语句 return指令 终止当前的命令序列，把控制返回到调用函数或键盘。keyboard 把“控制权”交给键盘。error和warning 显示出错和警告信息。,5.1.5 循环的嵌套,如果一个循环结构的循环体又包括一个循环结构，就称为循环的嵌套，或称为多重循环结构。可以按照嵌套层数，分别叫做二重循环、三重循环等。处于内部的循环叫作内循环，处于外部的循环叫作外循环。在设计多重循环时，要特别注意内、外循环之间的关系，以及各语句放置的位置，不要搞错。,补充：1 Matlab命令执行过程,2 MATLAB程序设计原则和技巧,1、后面的内容是程序的注解，要善于运用注解使程序更具可读性。2、养成在主程序开头用clear指令清除变量的习惯，以消除工作空间中其他变量对程序运行的影响。但注意在子程序中不要用clear。3、参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。要充分利用MATLAB工具箱提供的指令来执行所要进行的运算，在语句行之后输入分号使其及中间结果不在屏幕上显示，以提高执行速度。,4、程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作。5、充分利用Debugger来进行程序的调试（设置断点、单步执行、连续执行）6、设置好MATLAB的工作路径，以便程序运行。,1.矢量化尽可能使用向量和矩阵操作,例 求,t=cputime;s=0;for i=1:100000 s=s+(1/2i+1/3i);endcputime-tans=,向量运算t=cputime;n=1:100000;s=sum(1./2.n+1./3.n)；cputime-tans=,阵列预分配 阵列矩阵的初始化工作；在成熟规范的商业软件里必不可少，同时也是一个良好的编程素养的体现。变量管理 matlab中的变量类型是不需要预先定义的，编程过程中不要改变变量的使用类型。例如chardouble,realcomplex x=23;程序，x=A4.尽量使用MATLAB内部定义的函数,本节内容是需上机应用的重点内容。程序出错主要为两类：1、语法错误 如缺（或）等，在运行时可检测出大多数该类错误，并指出错在哪一行。2、算法错误 逻辑上的错误，不易查找，遇到此类错误时需耐心。一般可考虑如下方法：直接调试法和工具调试法,5.1.6 程序的调试,直接调试法是指在利用matlab的相关指令对程序进行调试。主要方法有：删除句尾分号和利用disp语句，显示中间结果；在适当位置加上keyboard语句，使程序暂停；在函数定义行之前加上%注释，使之变成脚本语言；利用echo指令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。Ctrl+C强行停止程序,直接调试法,直接调试法一些辅助函数：常用指令：return,echo,input,pause,keyboard,break;echo命令可以使文件命令在执行时可见，这对程序的 调试和演示很有用。keyboard请求键盘输入命令 pause等待用户反映命令警告命令：error,warning.lasterr,lastwarn,提示命令:warndlg,errordlg,工具调试法,工具调试法是指利用matlab的相关调试工具对程序进行调试 调试步骤为：,(1)在程序可疑处设置断点；(2)执行程序；(3)检查程序运行至断点处变 量当前值(4)在程序中一步步执行(5)结束调试状态。(6)取消断点。,1Debug菜单项 该菜单项用于程序调试，需要与Breakpoints菜单项配合使用。Step：单步运行 Step In：单步运行，调用函数时进入函数程序 Step Out：Run：运行 Go Until Cursor：运行到光标处,工具调试法调试菜单项,2Breakpoints菜单项（matlab7.0以上菜单内容在Debug菜单中包括）Set/Clear Breakpoint：设置/清除断点 Set/Modify Conditional Breakpoint：设置条件断点 Enable/Disable Breakpoint：使能断点 Clear Breakpoint in All Files：清除断点 Stop if Errors/Warnings：错误停止条件设置设置条件断点时注意光标的位置,设置错误停止条件,设置条件断点,常见错误,中英文输入法未注意习惯用i,j作为变量变量名同函数名文件名相同搜索路径设置不当,5.2 MATLAB应用实例,5.2.1 在高数中的应用5.2.2 在线性代数中的应用5.2.3 在普通物理中的应用5.2.4 在电路中的应用,5.2.1 在高数中的应用,函数的傅立叶级数,程序实现：,function s=mfourier(f,n)syms x a b cs=int(f,-pi,pi)/(2*pi)%计算a0for k=1:na(k)=int(f*cos(k*x),-pi,pi)/pi;b(k)=int(f*sin(k*x),-pi,pi)/pi;s=s+a(k)*cos(k*x)+b(k)*sin(k*x)end,矩阵的代数运算加减乘除矩阵求逆，转置，秩，行列式线性方程组求解等,5.2.2 在线性代数中的应用,P201 例64设目标相对于射点的高度为yh，给定初速，试计算物体在真空中飞行的时间和距离。,5.2.3 在普通物理中的应用,三相不平衡交流电路分析。计算下图电路中各支路电流并绘制相量图。,5.2.4 在电路中的应用,作业,编写程序，画出下列分段函数所表示的曲面。,已知积分k的表达式为,编程:(1)画出0a3时,积分k的函数图形,(2)并计算,